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客机座舱内部是一个封闭、狭小、人员密集的特殊环境,再加之有限的通风量、长时间的飞行时间,在现有送风形式下常引起乘客的不舒适感。而个性化送风系统作为对现有整体通风的一个补充,在一定程度上解决了该问题,已经被广泛地应用在机舱、建筑环境之中。其主要作用为快速通风、换热,能够对乘客的热舒适起到显著改善作用。本文的研究是基于国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“大型客机座舱空气环境控制科学问题研究”。实验手段上分别采用热线测速技术(Hot wire anemometer,HWA)和高时间分辨率的粒子图像测速技术(Timeresolvedparticle image velocimetry,TRPIV)对个性化送风口流场的多尺度特征及控制后提高舒适性的优化流场进行了实验研究,采用多种湍流分析手段对其流场结构进行了分析。 HWA的测量结果表明,自再附点开始,个性化送风口的流场形成一段速度相对不变、湍流强度较低的区间,即“第二核心区”。自“第二核心区”开始,射流规律大致和普通的圆出口射流规律近似。但其与圆出口射流相比发展更快,扩散更强。从数值模拟角度考虑,将速度入口边界定在“第二核心区”开始的位置,则不用去考虑逆梯度输运区的存在,大幅简化模拟过程,提高模拟精准度。通过频谱分析,在射流近场找到了代表初级结构的峰值频率,相较于圆出口射流,个性化送风口射流频谱中的峰值结构出现的更早,湍涡结构的尺度增长更快。在射流远场的充分发展区,个性化送风口射流与圆出口射流在射流中心线上的频谱曲线惯性子区的幂次律指数一致,且都接近-3/2,而不是Kolmogorov理论中的-5/3。进一步,通过子波的方法揭示了射流场中不同空间位置能量随尺度的分布是变化的,但其中都存在着一个能量最大的尺度,从核心区开始流场向下游发展能量最大尺度不断增大。 为了获得更多的流动信息以及湍流结构的空间特征,利用TRPIV测速技术对个性化送风口射流流场进行了精细测量,发现其结果与HWA测量结果具有很好的一致性。雷诺应力张量和速度梯度张量的不同分量计算的涡黏系数空间分布不完全一致,体现了流场的各向异性和非平衡性。从湍动能产生项考虑,进入“第二核心区”以后在混合层其值为正,与一般的圆出口射流结果一致,而在进入“第二核心区”之前,流场存在负能产生区,也正因于此,湍流脉动达到削弱,形成了“第二核心区”。通过λci准则,提取了射流场中的大尺度湍涡结构。进一步,通过POD分析发现,在该流场中用60%的湍动能进行重构可很好地反映湍流中的主要结构,而POD小尺度重构场已非常接近均匀各向同性湍流。 最后通过在个性化送风口上增加内齿结构的方法,对原有射流流场进行了提升乘客舒适性的控制优化实验研究,获得了速度衰减更快、远场湍流强度更低的流场形式,更加能够满足乘客舒适性的需求。